Bab 7

TRAFO ARUS7.1 PENDAHULUAN

Trafo arus di gunakan untuk pengukuran arus yang besarnya ratusan ampere dan arus yang mengalir dalam jaringan tegangan tinggi. Jika arus yang hendak di ukur mengalir pada jaringan tegangan rendah dan besarnya di bawah 5 A, maka pengukuran dapat dilakukan secara langsung dengan menggunakan suatu ammeter yang di hubungkan seri dengan jaringan. Tetapi jika arus yang hendak di ukur mengalir pada jaringan teggangan tinggi, meskipun besarnya di bawah 5 A, maka pengukuran tidak dapat di lakukan secara lansung dengan menggunakan suatu ammeter, karena cara yang demikian berbahaya bagi operator. Cara itu juga berbahaya bagi ammeter yang di gunakan karena isolasi ammeter tidak dirancang untuk memikul tegangan tinggi. Jika arus yang hendak di ukur mengalir pada jaringan tegangan rendah dan besarnya lebih dari 5 A, maka pengukuran tidak dapat dilakukan secaNra lansung dengan menggunakan suatu ammeter. Karena pada umumnya, batas kemampuan ammeter hanya mengukur arus di bawah 5 A.

Di samping untuk pengukuran arus, trafo arus juga di butuhkan untuk pengukuran daya dan energy, pengukuran jarak jauh dan rele proteksi. Kumparan primer tarfo arus di hubungkan seri dengan jaringan atau peralatan yang akan di ukur arusnya, sedangkan kumparan sekunder di hubungkan dengan meter dan rele proteksi. Pada umumnya peralatan ukur dan ukur membutuhkan arus 1 atau 5 A.

Trafo arus bekerja sebagai trafo yang terhubung singkat. Kawasn kerja trafo arus yang digunakan untuk untuk pengukuran biasanya 0,05 sampai 1,2 kali arus yang di ukuur. Trafo arus untuk tujuan proteksi biasanya harus mampu bekerja lebih dari 10 kali arus pengenalnya.

Brikut ini akan di jelaskan tentang prinsip kerja dan karateristik trafo arus. Kemudian akan di uraikan tentang jenis-jenisnya, defenisi-defenisi, yang berkaitan dengan spesifikasi trafo arus , dan cara menentukan spesifikasi suatu trafo arus untuk keperluan tertentu.

7.2 PRINSIP KERJA TRAFO ARUS

Pada Gambar 7.1 di tunjukkan skema konstruksi suatu trafo arus dan rangkaian ekivalennya di lihat dari sisi sekunder. Prinsip kerjanya sama dengan trafo daya satu fasa. Jadi pada kumparan primer mengalir arus I 1, maka pada kumparan primer timbul gaya gerak magnet sebesar N1 I 1. Gaya gerak magnet ini memproduksi fluks pada inti. Fluks ini membangkitkan gaya gerak listrik pada kumparan sekunder.

Jika terminal kumparan sekunder tertutup, maka pada kumparan sekunder mengalir arus I 2. Arus ini menimbulkan gaya gerak magnet N2 I 2 pada kumparan sekunder. Bila trafo tidak mempunyai rugi-rugi (trafo ideal ) maka berlaku persamaan:

N1 I 1= N2 I 2 7.1

Atau

I 1

I 2

=N2

N1 7.2

Di mana :

N1 = jumlah belitan kumparan primer

N2 = jumlah belitan kumparan sekunder

I 1 = arus pada kumparan primer

I 2 = arus pada kumparan sekunder

Tegangan pada terminal sekunder (V 2) tergantung pada impedansi peralatan (Z2) yang terhubung pada terminal sekunder, dan dapat di tuliskan sebagai berikut :

V 2 = I 2 Z2 7.3

Jika tahanan dan reaktansi bocor kumparan trafo dinyatakan dalam impedansi internal Zi, maka gaya gerak listrik pada kumparan sekunder harus lebih besar dari pada tegangan sekunder agar rugi-rugi tegangan pada impedansi Zi dapat di kompensasi. Oleh karna itu, persamaan di bawah ini harus di penuhi :

E2−V 2=E2−I 2 Z2=I 2 Z1 7.4

Atau

E2=I 2(Z2+Z i) 7.5

Dalam prakteknya trafo arus selalu mengandung arus beban nol, I o . Arus beban nol menimbilkan fluks Φ yang di butuhkan untuk membangkitkan gaya gerak listrik E2:

E2= 4,44 f N2 Φ = 4,44 f N2 AB 7.6

Dimana :

F = frekuensi tegangan

Φ = fluks magnetic

A = luas penampang inti trafo

B = rapat medan magnetic

Gaya gerak listrik inilah yang mempertahankan aliran arus I 2 pada impedansi (Z2+Z i¿. Oleh karna itu, ampere belitan yang di timbulkan arus beban nol harus dapat mengimbangi ampere belitan yang di timbulkan arus primer dan sekunder.

N1 I o=N1 I 1+N2 I 2 7.7

Perbedaan utama trafo arus dengan trafo daya adalah :

a. Jumlah belitan kumparan primer sangat sedikit, tidak lebih dari lima belitan .b. Arus primer tidak di pengaruhi beban yang terhubung pada kumparan sekunderny, karena

arus primer di tentukan oleh arus pada jaringan yang di ukur.c. Semua beban pada kumparan sekunder di hubungkan seri.d. Terminal sekunder trafo arus tidak boleh terbuka, oleh karena itu terminal kumparan

sekunder harus selalu di hubungkan dengan beban atau di hubung singkat jika bebannya belum di hubungkan.

Berikut ini akan di jelaskan mengapa terminal sekunder trafo arus tidak boleh terbuka.

Jika arus sekunder nol, maka persamaan 7.7 menjadi :

N1 I o= N1 I 1

Artinya fasor N1 I o menjadi sama dengan fasor N1 I 1 atau N1 I o semakin besar. Telah di jelaskan bahwa N1 I o membangkitkan fluks Φ bersama pada inti trafo. Oleh karna itu, kenaikan N1 I o akan memperbesar fluks Φ. Rugi – rugi inti suatu trafo berbanding kuadrat dengan fluks, sehingga kenaikan fluks Φ akan memperbesar rugi-rugi inti. Rugi-rugi inti menimbulkan panas

pada inti trafo, sehingga temperature iinti semakin tinggi akibatnya isolasi kumparan trafo rusak dan hal ini akan menimbulkan hubung singkat pada kumparan trafo. Disamping itu gaya gerak listrik yang dibangkitkan pada kumparan sekunder juga akan bertambah besar. Hal ini dapat menimbulkan kerusakan pada isolasi kumparan.

7.3 GALAT RASIO DAN GALAT SUDUT TRAFO ARUS

Pengaruh arus beban nol ini terlihat pada diagram fasor gambar 7.2. terlihat bahwa arus beban nol mengakibatkan dua hal, yaitu :

I 1

I 2

≠N2

N1 hal ini menimbulkan terjadinya galat

perbandingan.

a. fasor I 1 tidak sefasa lagi dengan I 2 hal ini menimbulkan kesalahan sudut.

Misalkan perbandingan belitan sekunder dengan primer suatu trafo arus adalah :

k n=N 2

N 1

7.8

Saat trafo arus ini di gunakan mengukur arus I 1, ternyata arus di sekundernya adalah I 2maka galat rasionya di definisikan sebagai brikut :

ᵞ = | kn I2−I 1

I 1| x 100 % 7.9

Galat sudut fasa adalahδ , yaitu sudut fasa fasor (N1 I 1) dengan fasor (-N2 I 2).

Karena sudut δ relative kecil, maka proyeksi N1 I 1 pada N2 I 2 dapat dinggap sama dengan N2 I 2

dengan proyeksi N1 I o pada N2 I 2. sehingga dapat di tuliskan :

N1 I 1 = N2 I 2 + N1 I o Cos (ȹO−ȹ2¿ 7.10

I 1= I 2 N2+ Io N1 cos(ȹO−ȹ2)

N1

7.11

Jika factor perbandingan actual trafo arus adalah k 1 maka persamaan 7.10 dapat di tuliskan sebagai berikut :

k i=I 1

I 2

=N 2

N1 + I 0cos ¿¿ 7.12

Substitusi persamaan 7.12 ke persamaan 7.13, diperoleh:

γ=¿ ¿ = |Kn−k i

k1|x100 % 7.13

Substitusi persamaan 7.13, diperoleh:

γ= 1

| kn I 2

I0 cos (φ0−φ2)+1|

100 % 7.14

karenaδ sangat kecil, maka tg δ dapat dianggap sama dengan δ , sehingga dapat di tulis :

δ ≈Tg δ = I 0 N1 sin ¿¿ 7.15

Jika I o N 1cos¿ sangat kecil di bandingkan dengan N2 I 2, dan φ0≈ 900 sehingga Sin ¿≈ Cos φ2, maka galat sudut dapat di tulis :

δ = I 0 cos φ2

kn I 2 7.16

Persamaan 7.14 dan 7.15 menunjukkan bahwa factor-faktor yang mempengaruhi galaqt suatu trafo arus adalah :

a. Arus beban nol I 0

b. Arus sekunder (besaran dan factor dayanya)c. Frekuensi, karena I 2, I 0,φ0 dan φ2 tergantung kepada frekuensi

Pada gambar 7.3 di tunjukkan pengaruh arus sekunder terhadap galat rasio dan galat sudut .

Untuk memperkecil I 0, maka reluktansi rangkaian megnetik inti trafo arus kecil. Hal ini dapat di lakukan dengan membuat inti dari bahan yang permeabilitasnya tinggi atau memperbesar luas penampang inti trafo .

Dilihat dari sisi sekunder, arus beban nol pada suatu trafo dapat di tuliskan sebagai berikut :

I o = H /¿N2

¿= B/¿

ioir N2

¿ 7.17

Di mana :

H = gaya gerak magnetic

/ = panjang lintasan magnetik pada inti trafo

µo = permeabilitas udara

µr = permeabilitas relative inti trafo

dari persamaan 7.6 dapt di proleh harga rapat mengetik B dan jika harga di subtitusi ke dalam persamaan 7.17 maka di peroleh :

I o= E2/¿

4,4 f A io ir N22 ¿ 7.18

Menurut persamaan di atas, arus I o dapat di perkecil dengan memperpendek lintasan rangkaian magnetic atau membuat inti dari bahan yang permeabilitasnya tinggi atau memperbesar luas penampang inti trafo. Dari beberapa hubungan penting ini dapat di lihat bahwa perencangan trafo arus sangat unik . galat sebanding dengan panjang jalur magnet pada inti besi / dan berbanding

terbalik dengan luas penampang inti besi A. penambahan / yang dilakukan untuk mengurangi kekuatan medan listrik pada isolasi membutuhkan penambahan volume inti secara kuadratik, agar galat tidak berubah. Oleh karena itu di butuhkan jenis kontstruksi yang sangat kompak untuk mendpatkan panjang besi yang sekecil mungkin . hal penting yang berpengaruh terhadap parameter adalah gaya gerak magnet, dimana:

I 1n N1 ≈ I 2n N 2

Karena arus lilitan sekunder adalah parameter tetap, perubahan galat berbanding terbalik dengan kuadrat arus-lilitan pengenal . hal ini menunjukkan bahwa arus dipilih arus lilitan pengenal sedemikian hingga pada arus primer pengenal yang di tentukan, jumlah belitan primer sebesar mungkin untuk menjaga agar galat kecil . tetapi dalam hal ini, jika terjadi arus hubung singkat akan timbul gaya magnetic yang besar pada belitan yang mengakibatkan tekanan dinamis yang besar.

Untuk trafo arus akurasi tinggi inti di buat dari bahan campuran besi nikel. Permeabilitas dari bahan ini tinggi sekalipun pada nilai induksi rendah. Kekurangannya adalah pengurangan permeabilitas yang curam pada induksi yang relative rendah . pada trafo arus untuk proteksi, dimana keakuratan mengambil tempat kedua daripada penambahan kawasan pengukuran, inti terbuat dari campuran besi-silikon yakni bahan yang mempunyai saturasi induksi yang tinggi .

7.4 GALAT KOMPOSIT

Untuk kerja suatu trafo arus pada saat primernya dialiri arus hubung singkat, digambarkan dengan factor arus lebih n, dimana saat arus primer sama dengan ¿1, galat masih dalam batas yang di tentukan . gambar 7.4 menunjukkan ketergantungan arus sekunder kepada arus primer I 1. Karateristik sebuah trafo yang ideal adalah seperti gars lurus yang terputus-putus (garis a), sedangkan karateristik trafo yang sebenarnya adalah seperti garis bersambung (garis b), hal ini terjadi karena adanya kejenuhan inti .

Untuk penggunaan pengukuran biasanya dioprasikan pada bagian kurva yang linier . trafo arus proteksi harus lambat mengalami kejenuhan ; biasanya memiliki factor arus lebih yang tinggi yakni n = 10 . trafo arus untuk pengukuran harus segera jenuh untuk melindungi pralatan agar tidak kelebiha beban, oleh karena itu trafo arus ini memiliki factor arus lebih yang rendeah yakni n = 5 .

Kanyataannya pada daerah arus lebih, kurva waktu dari arus sekunder trafo dengan inti besi tertutup mengalami penyimpangan yang cukup besar dari bentuk sinusoidalnya. Perbandingan arus magnetisasi efektif dengan arus sekunder di simbolkan sebagai galat komposit :

Galat komposit = 100I p √ 1

T∫o

T

¿¿¿ 7.19

Dimana :

I p=¿ Arus primer (rms)

i p = Arus sesaat primer

is = Arus sesaat sekunder

T = satu priode

k n = rasio transformator nominal

Telah dibuat standar yang menyatakan batas galat dan factor pengali arus lebih untuk suatu trafo arus, dimana symbol M menunjukkkan trafo arus untuk pengukuran dan symbol P menunjukkan trafo arus untuk proteksi. Sebagai contoh 0.5/M5, menunjukkan trafo arus adalah untuk pengukuran, batas galat adalah 0,5 % jika arus lima kali arus pengenal primer . contoh lain 10P20, ini menunjukkan trafo arus adalah untuk keperluan proteksi, dimana untuk arus primer 20 kali arus pengenal primer, total galat < 10%.

7.5 SPESIFIKASI TEKNIK TRAFO ARUS

Berikut ini akan dijelaskkan spesifikasi teknik suatu trafo arus .

a. Burden :

Adalah impedansi beban yang terpasang pada terminal sekunder trafo arus, dinyatakan dalam ohmdan factor daya. Dpat juga dinyatakan dalam daya (VA) yang serap beban pada suatu harga arus dan factor daya tertentu .

b. Arus Keamanan Instrumen (Rated instrument Security Current ),I ps

Adalah arus primer yang di tetapkan pembusst trafo sebagai arus efektif terendah yang menimbulkan arus sekunder (I ss¿, di mana saat itu arus sekunder dikali rasio

transformasi (k n) tidak melebihi 0.9 arus primer tersebut dan burden sama dengan burden pengenal trafo pernyataan ini dapat di tuliskan dengan persamaan berikut :

k n I ss<0.9 I ps 7.20

Kelas Ketelitian Trafo Arus untuk Pengukur

Kelas Penggunaan

0,1

0,2

0,5

1,0

3,0

5,0

Pengujian yang teliti dan sebagai sub-standar pada pengujian trafo arus yang di gunakan di laboratorium

Untuk laboratorium,untuk pengujian meter ketelitian tinggi,dan sebagai sub-standar pada pengujian trafo arus industri

Untuk alat ukur industri ketelitian tinggi, komersial dan industri

Untuk meter komersial dan meter yang dipakai pada industri

Untuk wattmeter dan ammeter

Untuk pengukuran dimana ketelitian rasio tidak terlalu penting

Ketelitian berbagai trafo arus untuk proteksi diberikan pada tabel 7.4.

Tabel 7.4

Ketelitian Trafo Arus Proteksi

No Penggunaan Kelas

1

2

3

Rele arus lebih reaksi cepat( Instantaneous over current relay )

Rele arus lebih,karakteristik arus terbalik, dan waktu tunda minimum tertentu( Inverse and definite minimum time lag )

Rele arus tanah karakteristik arus terbalik dan waktu tunda minimum tertentu( inverse and definite minimum time lag earth fault relay ) yang tidak membutuhkan stabilitas

15PFaktor batas ketelitian ( FBK ) = 5

10P

10 P atau15 P di manaSn x FBK = 150Sn = Daya keluaran pengenalPenyetelan arus rele ¿ 20%

4

5

pada saat terjadi gangguan fasa-fasa dan peningkatan waktu yang teliti

Rele arus tanah yang membutuhkan kestabilan pada saat gangguan fasa-fasa dan pertambahan waktu yang teliti

Rele diferensial dan rele jarak

Burden rele pada setelanArus pengenal ≤ 4 VA

5 PSn x FBK = 150

5P dan 10PAd.d. Pemilihan burden pengenal

Burden pengenal trafo arus ditetapkan lebih besar dari pada burden total, yaitu jumlah impedansi kumparan sekunder trafo, Peralatan, dan kebel.

Burden total = Z s+Zm+Z R+Zk 7.22

Di mana :

Z s = tahanan kumparan sekunder trafo arus

Zm = tahanan alat ukur

ZR = tahanan rele

Zk = tahanan kabel

Impedansi alat ukur dan rele dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini :

Zb

Sn

I2 n 7.23

Di mana

Sn = burden peralatan ( VA )

I n = arus pengenal ( A )

Burden alat ukur dan rele masing-masing di berikan pada tabel 7.5 dan 7.6

Alat ukur Burden ( VA )

AmmeterWattmeterFaktor Daya-meterPerekam arus

3553

Perekam dayaPerekam faktor dayaKWH dan KVAR meter

555

Tabel 7.6

Burden rele pada arus pengenal

Jenis rele Burden ( VA )

Rele arus lebihRele arus lebih – waktu terbalikRele arus balik Rele daya balikRele dayaRele diferensial Rele jarak

21,5 - 5

1,80,07 – 3,50,23 – 11,5

0,8 – 62 - 25

Ad. e. Faktor batas ketelitian

Untuk meter berinti besi, faktor batas ketelitian tidak perlu tinggi. Untuk keamanan alat ukur,lebih disukai memakai trafo arus yang intinya jenuh pada harga arus sedikit di atas kawasan arus kerja alat ukur. Untuk rele diferensial diperlukan dua set trafo arus. Tiap set harus mempunyai karakteristik yang sama. Faktor batas ketelitian untuk rele jarak, biasanya di ambil 20, jarang di bawah 10. Faktor batas ketelitian berhubung dengan burden. Jika burden hanya setengah dari burden pengenal, maka faktor batas ketelitian dapat menjadi dua kali lipat.

Ad. f. Pengenal Arus Waktu Singkat

Tekanan meknis yang di alami trafo arus pada saat hubungan singkat tergantung pada harga arus puncak tertinggi, jumlah belitan kumparan primer, dan konfigurasi kumparan. Tekanan mekanis dapat di kurangi dengan mengurangi jumlah belitan dan memperkecil dia meter kumparan. Puncak arus tertinggi yang dapat di pikul suatu trafro arus tergantung pada faktor dinamis waktu singkat. Faktor ini umumnya 50 – 100. Untuk trafo komersildapat di rancang antara 200 sampai dengan 400. Jika faktor dinamis waktu singkat lebih dari 400, maka sebaiknya digunakan trafo arus jenis bar.tetapi trafo arus jenis bar mempunyai burden, ketelitian,dan faktor batas ketelitian

yang terbatas. Jika ternyata burden, ketelitian, dan faktor batas ketelitian trafo arus jenis bar tidak sesuai dengan kebutuhan, maka dipilih trafo arus jenis belitan yang arus pengenal primernya ditinggikan sedemikian sehingga faktor dinamis waktu singkat tidak melebihi 400.

Setiap trafo arus harus di lengkapi dengan informasi tentang besaran dan masa berlangsungnya arus waktu singkat. Informasi ini di peroleh dengan menghitung arus hubungan singkat terbesarjika di lokasi trafo arus terjadi gangguan hubung singkat atau dapat tersebut. Jika penentuan besaran dan masa berlangsungnya arus waktu singkat tidak benar, maka pada saat terjadi hubungan singkat trafo arus dapat mengalami kerusakan.

Ad. g. Tingkat Isolasi

Tingkat isolasi trafo arus sama dengan trfo tegangan dan dapat di temukan pada IEC No. 186 tahun 1987.

Ad. h. Tegangan Lutut

Tegangan lutut di perhitungkan bila trafo arus di pergunakan untuk rele diferensial dan rele jarak.

H.i. Tegangan Lutut Trafo Arus untuk Rele Diferensial

Untuk rele diferensial diperlukan dua set trafo arus dan setiap set terdiri atas tiga unit trafo arus. Tegangan lutut tidak perlu di perhatikan jika karakteristik magnetisasi kedua set trafo arus adalah sama, galat arus pada setiap harga arus adlah identik, dan intinya tidak jenuh saat arus primer sama dengan arus hubung singkat tertinggi. Tetapi dalam prakteknya adakalanya hal ini tidak terpenuhi. Jika demikian halnya, galat rasio trafo arus perlu di periksa agar galat tersebut tidak terlalu besar saat terjadi arus hubungan singkat terbesar. Tegangan lutut sekunder trafo arus harus sama atau lebih besar dari harga di bawah ini :

V k=¿ I f ( RS+R R+2 Rk )¿ 7.28

Arus hubung singkat keadaan tunak suatu trafo daya biasanya tidak lebih dari 10 sampai 15 kali arus nominalnya. Tetapi untuk arus rele diferensial kecepatan tinggi, arus hubung singkat yang di perhitungkan adalah arus transiennya. Arus transien ini tergantung pada perbandingan tahanan dan reaktansi ( R / X ) sistem ditinjau dari titik gangguan yang dimisalkan pada lokasi tafo arus. Nilai R/X tergantung pada lokasi trafo arus dan semakin besar jika trafo arus semakin dekat dengan generator. Hubungan arus transien ( I t) dan arus hubungan singkat keadaan tunak ( I sc ) adalah :

I t=( XR )0,48 I sc 7.28

Di mana :

I t = arus hubung singkat transien

I sc = arus hubung singkat keadaan tunak

Jika arus transien diatas tidak dapat di hitung dengan pasti, maka secara pendekatan dapat di ambil 20 kali arus pengenal trafo daya yang di lindungi.

Arus di sisi sekunder trafo arus saat di primer mengalir arus hubung singkat terbesar adalah :

If=¿

I t

K n

¿ 7.29

Dengan diketahuinya tegangan lutut, maka dapat di hitung faktor kejenuhan trafo arus yang di butuhkan, yaitu perbandingan tegangan lutut dengan tegangan nominal sekunder trafo arus, atau dapat di tuliskan sebagai berikut :

FJ = V k I p

Sn 7.30

Di mana :

FJ = faktor kejenuhan

I 2p = arus pengenal sekunder ( A )

Sn = daya pengenal trafo arus ( VA )

Terlihat bahwa untuk daya pengenal yang tetap, faktor kejenuhan dapat di perkecil dengan memperkecil arus pengenal sekunder atau memperkecil tegangan lutut. Tegangan lutut dapat di perkecil dengan memperbesar ukuran kabel kontrol. Cara yang di pilih adalah cara yang memberi pengurangan biaya terbesar.

H.2. Tegangan Lutut Trafo Arus untuk Rele Jarak

Tegangan lutut trafo arus rele jarak perlu di hitung untuk memeriksa kedua hal berikut ini :

( i ) agar galat arus tidak lebih dari harga 3 – 5 % saat rele mengukur jarak terjauh dalam

kawasan proteksi pertama

( ii )trafo arus tidak mengalami kejenuhan saat arus primer sama dengan arus hubung singkat

Tertinggi

Untuk memastikan bahwa waktu kerja rele tidak begitu terpengaruh oleh efek kejenuhan yang di sebabkan adanya komponen dc pada arus transien, maka tegangan lutut trafo arus harus memenuhi persamaan di bawah ini :

Untuk rele jarak gangguan fasa ke tanah :

V k=XR

I f +¿ ) 7.31

Untuk rele jarak gangguan fasa ke fasa

V k=XR

I f +¿ ) 7.32

Di mana R / X adalah perbandingan tahanan dengan reaktansi sistem di lihat dari titik gangguan dan dalam hal ini titik gangguan adalah di ujung kawasan proteksi pertama.

Untuk jaringan pendek, impedansi jaringan di lihat dari sisi sekunder trafo arus ( impedansi jaringan primer x ratio trafo arus / rasio trafo tegangan ) dapat di ambil Z j = 2 ohm, sedangkan impedansi sumber dapat di ambilZ s = 1 ohm. Untuk jaringan panjang, impedansi jaringan di lihat dari sisi sekunder trafo arus dapat di ambil Z j = 16 ohm. Jika tegengan sekunder trafo tegangan 110 V, maka arus hubung singkat 3 – fasa di lihat dari sisi sekunder dapat di hitung :

I f110¿¿

7.33

Arus hubung singkat fasa ke tanah tergantung kepada perbandingan impedansi urutan nol ( Z0

) dan impedansi urutan positif ( Z1 ) jaringan yang di proteksi. Jika ( Z0¿di misalkan 4 kali Z1 dan sama dengan impedansi urutan positif sumber ( Z1 S ), maka saat terjadi hubungan singkat fasa ke tanah pada ujung terjauh jaringan yang di proteksi, Arus di sisi sekunder trafo arus dapat di perkirakan, yaitu : 13 A jika jaringannya panjang ( impedansi jaringan 16 ohm ).

Jika tegangan lutut suatu trafo arus tidak memenuhi tegangan lutut yang di butuhkan maka rele akan bekerja makin lambat, sehingga rele gagal memproteksi sistem.

Jika tegangan lutut tidak memenuhi kebutuhan maka waktu kerja rele makin besar atau rele berkerja makin lambat. Jika tadinya rele di harapkan bekerja cepat, maka rele di nyatakan gagal memproteksi sistem.

7.9 PENGUJIAN TRAFO ARUS

Seperti halnya trafo tegangan, trafo arus juga harus melalui pengujian berikut ini :

A. Uji jenisa) Penandaan terminal dan polaritasb) Ketahanan tegangan tinggi ac frekwensi sistem pada kedua kumparan trafo arusc) Tegangan lebih antar belitand) Pengukuran galat e) Pengujian arus waktu singkatf) Pengujian kenaikan temperaturg) Pengujian tegangan tinggi impulsh) Pengukuran ketelitian ( khusus untuk trafo pengukuran )i) Arus keamanan instrumen ( khusus untuk trafo arus pengukuran )j) Pengukuran galat rasio,sudut,dan kompsit ( khusus untuk trafo proteksi )

B. Uji rutina) Penandaan terminal dan polaritasb) Ketahanan tegangan tinggi ac frekwensi sistem pada kedua kumparan trafo arusc) Tegangan lebih antar belitand) Pengukuran galat rasio,sudut, dan komposit ( khusus untuk trafo proteksi )e) Pengukuran ketelitian ( khusus untuk trafo pengukuran )

Uji tambahan untuk trafo arus proteksi reaktansi adalah :

a) Tegangan lututb) Arus eksitasic) Tahanan kumparan sekunderd) Perbandingan belitan primer dengan sekunder

Prosedur pengujian dilakukan sesuai dengan standart yang disepakati pembeli dan produsen.

7.10 INFORMASI DALAM BELITAN TRAFO ARUS

Informasi tentang keadaan sistem, iklim, dan instalasi perlu di kemukaka dalam pengadaan suatu trafo arus.Sekurang-kurangnya mengenai hal-hal di bawah ini :

a) Tegangan dan jenis pengetanahan sistemb) Tingkat isolasic) Frekuensi sistemd) Rasio arus pengenal dan jumlah rasioe) Pengenal output dan setiap intif) Faktor batas ketelitian arusg) Kelas ketelitian untuk setiap intih) Khusus untuk trafo arus kelas 5P :

h.1. Arus pengenal kumparan primerh.2. Rasio belitan pengenal ( N1/ N2 )h.3. Tegangan lututh.4. Tahanan kumparan sekunder maksimalh.5. Batas arus eksitasi

i) Arus termal kontinuj) Arus waktu singkat dan masa berlangsungnyak) Kondisi cuaca, lingkungan, dan ketinggian lokasi penempatan trafo arusl) Lokasi pemasangan ( pasangan dalam atau pasangan luar )

c. faktor keselamatan instrumen ( instrument security factor) ,FS

Adalah perbandingan arus keamanan dengan arus pengenal primer atau dapat dituliskan :

FS=¿ I p s

I pnom 7.21

d. Galat komposisi

adalah galat gabungan karna adanya golat rasio, galat sudut, dan perbedaan bentuk gelombang arus sekunder dengan arus primer. Biasanya dinyatakan dalan persen arus primernya seperti dinyatakan persamaan 7.9

e. arus primer batas ketelitian (Rated Accuraccy Limit Primary Current)

Adalah arus primer tertinggi (I pm) dimana ketelitian belum memiliki batas ketelitiannya.

f. Faktor batas ketelitian ( accuracy limit factor)

Adalah perbandingan arus primer batas ketelitian dengan arus pengenal primer ataw dinyatakan sebagai berikut :

ALF¿I pm

I pnom 7.22

g. Arus Eksitasi

adalah harga efektif arus sekunder bila sekunder diberikan tegangan sinusoidal frekuensi pengenal , sedang terminal primer terbuka.

h. tegangan lutut

Adalah harga tegangan sunisoidal berfrekuensi nominal yang diberikan pada sisi sekunder dengan terminal primernya terbika, dimana saat tegnagan bertambah 10% terjadi penambahan arus eksitasi 50%.

i. Trafo Arus Reaktansi Tinggi

Adalah trafo arus dimana efek flus bocor sedemikian sehingga kinerja trafo tidak dapat diduga melalui pengetahuan akan arus eksitasi, tahanan kumparan, dan rasio belitan.

J. Trafo Arus Reaktansi Rendah

adalah trafo dimana kinerjanya dapat diperkirakan dengan mengetahui arus eksitasi, tahanan belitan sekunder, dan rasio belitan.

k. nP

adalah trafo arus mempunyai galat komposisi n % pada saat arus primersama dengan arus primer batas ketelitian (I pm).

l. Arus Thermis Waktu Singkat ( Termalt Short Tyme Turent ), I ts

adalah arus efektif tertinggi yang dapat dipikul trafo arus dalam 1 detik tampa menimblkan perubahan sifat mekanik dan karakteristik listrik pada trafo itu tersendiri. Perbandingan arus thermis waktu singkat dengan arus pengenal primer trafo (I pn) disebut faktor thermis waktu singkat, atau:

Faktor thermis waktu singkat (FTWS)=I ts

I pn

7.23

m. Arus Dinamis Waktu Singkat (Dynamic Short Time Current), I ts

adalah harga puncak arus tertinggi yang dapat mengalir di kumparan primer trafo arus selama setengah periode, tampa menimbulkan perubahan pada karakteristik trafo. Perbandingan arus dinamis waktu singkat dengan arus puncak pengenal primer trafo (I ppn) disebut trafo dinamis waktu singkat, atau:

Faktor dinamis waktu singkat (FDWS)=I ds

I ppn 7.24

7.6 JENIS- JENIS TRAFO ARUS

7.6.1. JENIS MENURUT JUMLAH KUMPARAN PRIMER

Jenis trafo arus ditinjau dari kontruksi belitan primernya terdiri atas jenis kumparan (ound type) dan jenis bar (bar typee).

Jenis kumparan digunakan untuk pengukuran arus rendah atau burden yang besar atay pengukuran yang memerlukan ketelitian yang tinggi. Jumlah belitan primernya tergantung pada arus primer yang akan diukur, biasanya dibatasi tidak lebih dari 5 dan dirancang menghasilkan gaya gerak magnet kira-kira 1.200 ampere belitan. Meskipun dimungkinkan memperoleh trafo arus yang memiliki burden besar dan ketelitian yang tinggi, adalah tidak lazim memilih trafo arus yang burden dan ketelitiannya melebihi kebutuhan. Penambahan jumlah belitan primer akan mengurangi faktor thermal dan dinamis arus hubungan singkat

Jenis bar digunakan untuk pengukuran arus besar (Ribuan ampera).

Konstruksinya sangatsederhana dan kokoh sehingga trafo ini mampu menahan arus hubungan singkat yang besar, atau dengan perkataan lain mempunyai faktor thermis dan dinamis waktu singkat yang tinggi. Keberukannya bahwa efesiensi pengukuran yang lebih tinggi, yakni ukuran inti yang ekonomis, di dapat hanya pada arus pengenal yang besar, yakni kira-kira 10000A.

7.6.2 JENIS MENEURUT JUMLAH RASIO

Supata trafo arus dapat digunakan untuk mengukur arus yang besar maka belitan primer biasanya dibagi ke dalambeberapa kelompok yang dapat di hubungkan seri atau pararel. Dengan demikian perbandingan transformasi pengenal trafo dapat bervariasi, misalnya hingga 1:2:4 arus pengenal,dan pada keadaan unjuk kerja galat tetap tidak berubah.

Jenis trafo arus di lihat dari banyaknya rasio yang disediakan terdiri atas trafo arus rasio tunggal dan trafo arus rasio ganda. Pada trafo arus jenis bar, rasio ganda di peroleh dengan membuat sedapan di kumparan sekundernya. Tetapi perlu di perhatikan bahwa daya keluaran sebanding dengan kuadrat ampera-belitan sekundernya. Jika rasio di kurangi menjadi setengah, maka kapasitas dayanya berkurang menjadi seperempat dari semula. Rasio ganda pada trafo arus jenis kumparan diperoleh dengan merangkai kumparan primernya dalam hubungan seperti di tunjukan pada gambar 7.5

Jika arus pengenal masing-masing kumparan dimisalkan 100 A, maka arus pengenal jika di rangkai seperti pada gambar 7.5.b menjadi 200 A dan jika di rangkai seperti pada gambar 7.5.c menjadi 400 A. Rancangan seperti ini sangat mengentungkan terutama jika tidak ada arus hubungan sinhkat yang mengalir pada sisi primernya, misalnya trafo arus yang di gunakan di laboratorium. Beberapa ragam rasio dapat di peroleh tanpa mengorbankan burden dan ketelitian.

7.6.3 JENIS MENURUT JUMLAH INTI

Berdasarkan jumlah intinya, trafo arus juga dapat dibagi atas dua jenis, yaitu trafo arus inti tunggal dan trafo arus inti ganda. Trafo arus inti ganda digunakan jika sistem membutuhkan arus untuk pengukuran dan proteksi. Pada gambar 7.6 ditunjukkan trafo arus dua inti, satu intinya digunakan untuk keperluan proteksi dan satu lagi untuk keperluan pengukuran.

Inti yang digunakan untuk pengukuran terbuat dari bahan yang jenuh pada arus rendah, sehungga besar arus sekunder tetap dalam batas kemampuan ammeter

sekalianpun arus di primer naik beberapa puluh kali arus pengenalnya, Sehingga ammeter tidak rusak pada saat arus primer sangat besar. Sebaliknya, inti yang digunakan untuk rele proteksiharus terbuat dari bahan yang jenuh pada arus tinggi, sehingga arus sekunder tetap sebanding dengan arus primer sampai sepuluh atau lima belas kali arus pengenal primer.

Trafo arus bertegangan tinggi untuk gardu induk pasangan luar dibuat dengan isolasi minyak-kertas dan ditempatkan dalam kerangka prselen. Jenis kontruksi trafo ini dibedakan atas susunan bagia-bagian aktifnya (inti, belitan), yaitu jenis tangki logam, jenis kerangka isolasi dan jenis gardu (gambar 7.8). trafo arus jenis gardu memiliki kelebihan dimana penyulang pada rangkaian primernya lebih pendek, digunakan untuk arus pengenal dan arus hubungan singkat yang besar.

.

7.6.4 JENIS MENURUT KONSTRUKSI ISOLASI

Konstruks trafo arus dengan isolasi epoksi-resin sering dipakai untuk pasangan luar sampai tegangan 110 kV. Paa tegangan menengah, umumnya digunakan trafo arus epoksi-resin, karena epoksi-resin memiliki kekuatan hubungan singkat belitan lebih tinggi,sebab semua belitannya tertanam dalam bahan isolasi. Pada gambar 7.7 ditunjukkan, trafo arus epoksi-resin jenis pendukung dan jenis bushing.

Trafo arus bertegangan tinggi untuk gardu induk pasangan dibuat dengan isolasi minyak-kertas dan ditempatkan dalam kerangka porselen. Jenis konstruksi trafo ini dibedakan atas susunan bagian-bagian aktifnya (inti, belitan ), yaitu jenis tangki logam, jenis kerangka isolasi dan jenis gardu (gambar 7.8 ).trafo arus jenis gardu memiliki kelebihan dimana penyulang pada rangkaian primernya lebih pendek, digunakan untuk arus pengenal dan arus hubungan singkat yang besar.

Pada sistem isolasi koaksial seperti pada kabel, bushing trafo atau rel daya yang diisolasi dengan SF6, selalu mungkin buat trafo arus konduktor tunggal tampa isolasi khusus. Dalam hal ini sangat sering digunakan inti berbentuk cincin dengan belitan sekunder yang dibelit secara seragam pada cincin dan dimasukkan dan isolasi, dengan demikian terbuka jalan untuk membawa lapisan terluar bagian yang dibumikan keluar dari trafo arus. Pada gambar 7.9 ditunjukkan sebuah trafo arus inti cincin di dalam rel daya gardu induk yang diisolasi dengan SF6(GIS).

7.7 DATA PENGENAL TRAFO ARUS

Setiap trafo arus dapat dilengkapi dengan spesifikasi pengenalan berikut ini:

a. Arus primerArus pengenal primer antar lain adalah: 50, 150, 200, 300 A dan sebagainya.

b. Arus sekunder

Arus pengenal sekunder biasanya: 5,2 dan 1 A. Arus pengenal 2 dan 1 A digunakan: jika kabel penghubung panjang sehingga jumlah impedansi meter atau rele dengan impedansi kabel lebih besar daripada berden; atau jika jumlah belitan kumparan sekunder sedikt sehingga rasio tidak dapat diubah dengan mengubah belitan sekunder lainnya.

c. Frekuensi

Frekuensi pengenalan sama dengan frekuensi sistem, 50 Hz atau 60 Hz.

d. Arus thermal kontinu

Adalah arus kontinu tertinggi yang menimbulkan temperatur trafo arus sama dengan temperatur yang diijinkan. Jika pengenal ini tidak diberikan nilainya dapat ditetapkan sama dengan arus pengenal primer.

e. Daya keluaran

adalah daya (VA) yang diambil trafo arus saat arus sekunder sama dengan srus pengenal sekunder dan impedansi beban yang terhubung di terminal sekunder sama dengan burden pengenal. Maka keluar pengenalan trafo arus yang suda distandarisasi antar lain adalah: 2,5, 5,7,5, 10, 15 dan 30 VA

f. Burden

adalah impedansi dan coso beban yang membaat arus sekunder sama dengan arus pengenal sekunder saat arus di primer sama dengan arus pengenal primer.

g. Arus thermal waktu singkat

besar arus thermal waktu singkat ditentukan lebih besar atau sama dengan arus hubungan singkat tertinggi yang diperkirakan primer trafo arus, atau tidak boleh kurang dari arus pemutusan pemutus daya bekerja sama dengan trafo arus tersebut.

h. Arus dinamis waktu singkat

Arus dinamis waktu singkat tidak kurang dari 2,5 kali arus thermal waktu singkat.

i. Tingkat isolasi

Untuk tegangan pengenal yang sama, tingkat isolasi trago arus sama dengan trsfo tegangan.

j. Ketelitian

kelas ketelitian dan galat yang diizinkan diberkan pada tabel 7.1 dibawa ini

Tabel 7.1

Kelas Ketelitian Trafo Arus

Kelas γ (% ) δ (menit ) Arus

0,10,20,51,03,05,0

±0,1±0,2±0,5±1,0±3,0±5,0

±5±10±30±60

--

100% arus nominal

Ketelitian trafo arus yang digunakan untuk proteksi, di tentukan oleh galat komposisi tertinggi yang diizinkan pada saat batas ketelitian arus primer sama dengan yang di tetapkan untuk kelasnya. Kelas trafo arus ini dinyatakan dengan tanda “Np”, di mana n menunjukan kelas ketelitian dan P menunjukan trafo arus adalaah untuk proteksi. Batas ketelitian trafo arus yang digunakan untuk proteksi diberikan pada Tabel 7.2

Tabel 7.2

Batas Ketelitian Trafo Arus Proteksi

Kelas Galat Rasio(γ )saat Arus Primer = Arus

pengenal

Gelat sudut(δ )saat arus primer= arus

pengenal

Galat komposit saat γ dan δ=¿ gelat

pengenal

5P10P15P

±1,0± 3,0±5,0

± 60,0--

51015

Trafo arus proteksi untuk keperluan khusus diberi tanda “nPS”. Trafo arus khusus ada dua jenis, yaitu trafo arus reaktansi renda dan trafo arus reaktansi tinggi. Trafo arus reaktansi rendah perlu dilengkapi dengan spesifikasi berikut ini :

a. Arus pengenal primerb. Perbandingan belitan sekundder dengan belitan primerc. Tegangan lututd. Arus eksitasi saat tegangan sama dengan tegangan Lutut atau dalam presentase

lutute. Tahanan kumparan sekunder pada temperatur 75°C

Sedang kinerja trafo arus reaktansi tinggi ditetapkan atas kesepakatan antara pemakai dengan produsen.

7.8 PEMILIHAN TRAFO ARUS

Hal-hal berikut ini perlu dipertimbangkan dalam pemilihan trafo arus:

a. Jenisnyab. Banyak kumparan primerc. Kelas ketelitian masing-masing kumparan sekunder d. Burden pengenale. Faktor batas ketelitian (Accuraci limit factor) f. Pengenal arus waktu singkat g. Tingkat isolasih. Tegangan Lutut (Knne point voltage)

Ad.a. jenis-jenis trafo arus

Jika digunakan bersama pemutus daya minyak (bulk oilcircuitbreaker), maka trafo arus bushing adalah lebih murah. Untuk jenis pemutus daya lain digunakan trafo arus jenis tingkat (Post). Ada kalanya trfo arus jenis tongkat dengan belitan terpisa digunakan bersama pemutus daya minyak. Hal ini dilakukan karena keterbatasan burden dan ketelitian jenis bushing. Jika tegangan pegangan sekunder di rancang 5 A, kabel ukur yang digunakan cukup panjang dan trafo arus yang akan digunakan adalah jenis bushing, maka harus diperiksa apakah burden total dapat dipikul oleh trafo tersebut.

Ad.b. Jumlah kumparan sekunder

Umurnya trafo dilengkapi dengan dua komponen sekundr, satu untuk alat ukur dan satu lagi untuk keperluan rele proteksi. Jika sistem proteksi terdiri atas proteksi primer dan proteksi cadangan, maka dibutuhkan arus trafo terpisah.

Ad.c. kelas ketelitian

Ketelitian untuk berbagi trafo arus pengukuran diberikan pada tabel 7.3